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如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角为α...

如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角为α,导轨电阻不计.磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面斜向上,长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m、电阻为R.两金属导轨的上端连接右侧电路,电路中R2为一电阻箱,已知灯泡的电阻RL=4R,定值电阻R1=2R,调节电阻箱使R2=12R,重力加速度为g,闭合开关S,现将金属棒由静止释放,求:
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(1)金属棒下滑的最大速度vm
(2)当金属棒下滑距离为s时速度恰好达到最大,则金属棒由静止开始下滑2s的过程中,整个电路产生的电热;
(3)改变电阻箱R2的值,当R2为何值时,金属棒达到匀速下滑时R2消耗的功率最大.
闭合开关S,金属棒由静止释放,沿斜面下滑切割磁感线,产生电动势E=BLv,相当于电源给电路供电,随着速度的增大电动势增大,当速度达到最大值时,导体棒匀速运动,由受力平衡求出vm,由功能关系求出电热,由闭合电路求出R2的功率,由二次函数求出最大值. 【解析】 (1)当金属棒匀速下滑时速度最大,达到最大时有         mgsinα=F安                                              F安=BIL                                                I=                                             其中 R总=6R                                                 联立各式得金属棒下滑的最大速度vm= (2)由动能定理WG-W安=mvm2                                   由于WG=2mgs sinα   W安=Q                                        解得Q=2mgssinα-mvm2      将代入上式可得   Q=2mgssinα- 也可用能量转化和守恒求【解析】 再联立各式得Q=2mgssinα- (3)金属棒匀速下滑受力平衡        mgsinα=BIL                                               P2=I22R2          由电路分析得  联立得 当,即R2=4R时,R2消耗的功率最大         答:(1)金属棒下滑的最大速度vm= (2)当金属棒下滑距离为s时速度恰好达到最大,则金属棒由静止开始下滑2s的过程中,整个电路产生的电热2mgssinα-; (3)改变电阻箱R2的值,当R2=4R时,金属棒达到匀速下滑时R2消耗的功率最大.
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考点分析:
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(2)要测一个待测电阻Rx(190Ω~210Ω)的阻值,实验室提供了如下器材:
电源E:电动势3.0V,内阻不计;
电流表A1:量程0~10mA,内阻r1约50Ω;
电流表A2:量程0~500μA,内阻r2为1000Ω;
滑动变阻器R1:最大阻值20Ω,额定电流2A;
定值电阻R2=5000Ω;
定值电阻R3=500Ω;
电键S及导线若干.
要求实验中尽可能准确测量Rx的阻值,请回答下面问题:
①为了测定待测电阻上的电压,可以将电流表    (选填“A1”或“A2”)串联定值电阻    (选填“R2”或“R3”),将其改装成一个量程为3.0V的电压表.
②如图(a)所示,同学们设计了测量电阻Rx的甲、乙两种电路方案,其中用到了改装后的电压表和另一个电流表,则应选电路图    (选填“甲”或“乙”).
③若所选测量电路中电流表A的读数为I=6.2mA,改装后的电压表V读数如图(b)所示,则电压表V读数是    V.根据电流表和电压表的读数,并考虑电压表内阻,求出待测电阻Rx=    Ω.
(3)一打点计时器固定在斜面上某处,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下,如图(a)所示.用刻度尺测量斜面的高度与长度之比为1:4,小车质量为400g,图(b)是打出纸带的一段,相邻计数点间还有四个点未画出,已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz.由图(b)可知,打纸带上B点时小车的瞬时速度vB=    m/s,打纸带上B点到E点过程中小车重力势能的减少量为    J,此过程中小车克服阻力所做的功为    J.(g取10m/s2,保留两位有效数字)
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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